Анализ диаграмм состояния

Диаграммы состояния позволяют выполнить анализ состояния сплавов, а именно: определить их фазовый состав, химический состав каждой фазы (т.е. содержание в них компонентов), весовое соотношение фаз (сколько весит каждая фаза). Это выполняется по-разному в однофазных и двухфазных областях.

В однофазной области вес фазы равен весу сплава, а ее химический состав соответствует составу сплава. Так, при температуре t1, сплав I (см. рис. 3.5, а) находится в жидком состоянии, т.е. имеет однофазную структуру. Состав и жидкости, и сплава определяется проекцией точки а на ось концентраций (72% Sb и 28% Рb). Вес фазы, т.е. жидкости, равен весу сплава.

Таким приемом нельзя пользоваться при анализе состояния сплавов в двухфазных областях. Это связано с тем, что при изменении температуры химический состав фаз и их масса не остаются постоянными. Так, например, в процессе кристаллизации заэвтектических сплавов системы "Рb – Sb" при понижении температуры от линии ликвидус до линии солидус меняется химический состав жидкости – в ней увеличивается количество свинца за счет выделения из жидкости сурьмы, при этом масса жидкости уменьшается, а твердой фазы – увеличивается (суммарная масса фаз остается постоянной, равной массе сплава).

Анализ состояния сплавов выполняют следующим образом (см. рис. 3.5, а). Через точку b, характеризующую положение сплава на диаграмме, проводят горизонталь – коноду – до пересечения с линиями диаграммы, ограничивающими двухфазную область, в которой лежит заданная точка (точка с – пересечение коноды с границей однофазной области существования жидкой фазы; d – твердой).

Фазовый состав сплава при данной температуре определится фазами тех однофазных областей, с которыми пересекается конода. В приведенном случае фазовый состав сплава – это жидкость (точка с) и сурьма (точка d). Химический состав фаз соответствует проекциям точек пересечения коноды и линий диаграммы состояния па ось концентраций. Каждая проекция показывает состав той фазы, с которой граничит точка пересечения. Так, точка с' определяет концентрацию компонентов в жидкой фазе (44% Sb и 56% Рb), а точка d' – концентрацию компонентов в твердой фазе (это чистый компонент – Sb) (см. рис. 3.5, а).

Таким образом, линия ликвидус является линией насыщения: она показывает предельную растворимость компонентов в жидкости при данной температуре.

Массы фаз определяются с помощью правила рычага. В любой точке, т.е. при любой температуре, общая масса сплава соответствует длине коноды – отрезку cd. Количество соответствующей фазы определяется противолежащим отрезком: масса жидкости – отрезком bd, а твердой фазы – отрезком cb.

Диаграммы состояния сплавов, компоненты которых образуют твердые растворы

Твердые растворы неограниченной растворимости

Диаграмма состояния для случая полной взаимной растворимости компонентов А и В в жидком и твердом состояниях представлена на рис. 3.7. Линия KmL является линией ликвидус, линия KnL – линией солидус. Выше линии ликвидус существует только жидкая фаза, а ниже линии солидус – только твердая, представляющая собой твердый раствор а. Между линиями ликвидус и солидус в равновесии находятся две фазы – жидкость и α-твердый раствор. Рассмотрим процесс кристаллизации одного из сплавов данной системы. До точки 1 (здесь и далее под точкой подразумевается соответствующая температура) сплав находится в жидком состоянии.

Диаграмма состояния сплавов, компоненты которых образуют твердые растворы неограниченной растворимости

Рис. 3.7. Диаграмма состояния сплавов, компоненты которых образуют твердые растворы неограниченной растворимости

При достижении температуры, соответствующей точке 1, из жидкости начинает кристаллизоваться α-твердый раствор. Процесс кристаллизации протекает при понижении температуры, поскольку в соответствии с правилом фаз в двухкомпонентной системе при наличии двух фаз число степеней свободы равно 1 (С = 2 – 2 + 1).

В процессе кристаллизации сплава (интервал 1–2) происходит изменение концентрации компонентов в фазах и количественного соотношения фаз: химический состав жидкой фазы изменяется по линии 11; химический состав α-твердого раствора – по линии s2; количество жидкой фазы уменьшается (отрезок ас – в точке 2 его величина равна нулю – произошло полное затвердевание), а твердой (отрезок ab) возрастает. При достижении точки 2 кристаллизация сплава заканчивается, а ниже точки 2 происходит охлаждение сплава в твердом состоянии.

Внутрикристаллитная ликвация проявляется в неоднородности состава внутри отдельных кристаллитов. Кристаллы твердого раствора, образующиеся в начальный момент кристаллизации, содержат большее количество тугоплавкого компонента В, чем слои, присоединяющиеся к выделившемуся кристаллу при понижении температуры. В них концентрация тугоплавкого компонента постепенно снижается. Это легко проследить по диаграмме состояния, определяя изменение состава α-твердого раствора в интервале температур между линиями ликвидус и солидус (в момент начала кристаллизации состав а соответствует проекции точки s, в конце – точке 2). Такой вид ликвации проявляется тем сильнее, чем больше расстояние между линиями ликвидус и солидус сплава. Внутрикристаллитная ликвация может быть уменьшена в результате продолжительной выдержки сплава, находящегося в твердом состоянии, при температурах, близких к температуре солидуса (гомогенизирующий отжиг), что обеспечивает достаточно высокую скорость диффузии и приводит к выравниванию химического состава .зерен.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ     След >